(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み可能な医用装置用のプローブであって、前記プローブは、遠位端及び近位端を有し、更に前記遠位端に電極を有し、前記電極は、前記電極から前記プローブの前記近位端まで延びるワイヤに接続されており、前記ワイヤの抵抗率が、前記ワイヤの長さに沿って均一でなく、前記ワイヤの長さに沿って連続的に変化し、かつ、ワイヤの長さに沿ったワイヤのそれぞれの部分の抵抗率がその隣接部分の抵抗率と異なっている、プローブ。
【請求項２】
前記ワイヤは、第１の抵抗率を有する第１のセクション及び第２の抵抗率を有する第２のセクションを有し、前記第１及び第２の抵抗率は異なる、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記ワイヤの前記第１のセクションは、前記電極に近接し、前記第１のセクションの抵抗率は、前記第２のセクションの抵抗率より高い、請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記第１のセクションは、第１の抵抗率をもつ材料で作られ、前記第２のセクションは、第２の抵抗率をもつ材料で作られ、前記第１の抵抗率は前記第２の抵抗率より高い、請求項３に記載のプローブ。
【請求項５】
前記ワイヤの前記第１のセクションは、第１の断面積を有し、前記ワイヤの前記第２のセクションは、第２の断面積を有し、前記第１の断面積は前記第２の断面積より小さい、請求項３又は４に記載のプローブ。
【請求項６】
前記ワイヤの前記第２のセクションは、前記ワイヤの前記第１のセクションより長い、請求項４又は５に記載のプローブ。
【請求項７】
前記ワイヤの前記第１のセクションは、前記ワイヤの２％乃至４０％、好適には５％乃至２０％、より好適には１０％乃至１５％を構成する、請求項４又は５に記載のプローブ。
【請求項８】
前記第１のセクションの抵抗率は、前記第２のセクションの抵抗率の２乃至１０倍高い、請求項４乃至７のいずれか１項に記載のプローブ。
【請求項９】
前記ワイヤの前記第１のセクションはポリシリコン材料を含み、前記ワイヤの前記第２のセクションは金属材料を含む、請求項３乃至８のいずれか１項に記載のプローブ。
【請求項１０】
前記ワイヤは、複数のセクションを有し、各々の前記セクションは、それぞれ異なる抵抗率を有する、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１１】
請求項１に記載のプローブを有する埋め込み可能な医用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み可能な医用装置用のプローブに関し、特に、脳内埋め込み可能な医用装置用のプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み可能な医用装置は、今日、さまざまな疾患に苦しむ患者を処置するために一般に使用されている。例えばペースメーカ又は脳深部刺激（ＤＢＳ）装置のような電気刺激用の埋め込み可能装置の埋め込み後、装置及び周囲組織は、例えば磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャンによる患者及び装置のスキャンの間、加熱されうる。人間組織、特に脳組織、は、温度上昇による損傷を受けやすい。脳組織の最大許容温度上昇は、１℃であり、更なる温度上昇は、単一神経細胞及びニューロンネットワーク機能に対する深刻な負の効果を有することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、ＭＲＩスキャンの間、医用装置の近傍の誘導電流による、埋め込まれた医用装置及びその周辺における加熱効果を最小限にすることが重要である。
【０００４】
理想的には人間組織と同じ比抵抗をもつ高抵抗材料を埋め込み可能な装置全体において選択することが自然であるようにみえうる。しかしながら、これは、低抵抗材料を使用するプローブと比較して、プローブの端部で同じ組織刺激信号を得るためにずっと多くの電力を一般に必要とする。従って、受容できない大きい電池又は受容できない短い電池寿命時間が結果的に生じる。
【０００５】
米国特許第４３５３３６０号明細書は、身体組織に電気信号を結合するための半導体表面を有する身体埋め込み可能なリード用の電極を記述している。電極は、最も低い導電率を有する材料が身体組織と直接接触するように層状に構成される、それぞれ異なる導電率のいくつかの材料を含む。
【０００６】
最小限の熱効果を有する埋め込み可能な医用装置用の改善されたプローブが有利である。更に、埋め込み可能な医用装置用の既知のプローブと比較して、埋め込み後及びＭＲＩスキャン中に埋め込み装置のプローブを囲む人間組織内に低減された電流密度を生成するプローブが有利である。
【０００７】
加熱及び／又は大きい電流密度に関する上述の問題を回避する埋め込み可能な医用装置用の代替プローブを提供することが、本発明の目的として認められうる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的及びいくつかの他の目的は、本発明の第１の見地において、埋め込み可能な医用装置用のプローブであって、前記プローブは、遠位端及び近位端を有し、前記プローブは更に、遠位端に電極を有し、前記電極は、電極からプローブの近位端まで延びるワイヤに接続され、ワイヤの抵抗率は、ワイヤの長さに沿って均一でない、プローブを提供することによって達成される。
【０００９】
均一でない抵抗率を有するワイヤに接続される電極を有するプローブを提供することによって、ＭＲＩスキャ中の望ましくない加熱を防ぐことに関する安全性の問題及び電池寿命時間が互いに均衡されることができるように、プローブをカスタマイズすることが可能である。
【００１０】
本発明は特に、これに限らないが、装置が患者に埋め込まれる場合に埋め込み可能な医用装置のプローブ及び／又はそれを囲む組織の高電流密度及びゆえに加熱を低減するために有利である。ＭＲスキャンの間、電極の端部近傍の誘導電流による人間組織の破壊的な加熱又は望ましくない刺激を防ぐために、プローブ内のワイヤの高い抵抗率が必要とされる。これは、電池寿命を増加させるための低消費電力のニーズと対立する。この理由は、低消費電力のニーズのために、信号ワイヤの低い抵抗が必要とされるからである。ワイヤの均一でない抵抗率は、電極からプローブの近位端までのワイヤのある部分がより低い抵抗率を有し、これは、電池寿命に有利であり、ワイヤの他の部分が、より高い抵抗率を有し、これは、プローブ周辺における人間組織の加熱及び望ましくない刺激を低減する、というソリューションを提供する。
【００１１】
プローブの遠位端における複数の電極が、ワイヤによってプローブの近位端に接続される場合、プローブの長さに沿って均一でない抵抗率を有するワイヤの割合が増大されると、各電極をプローブの遠位端に接続するワイヤの均一でない抵抗率の有利な効果が、当然ながら増大する。しかしながら、プローブに沿って延在する複数のワイヤのうちの１つのみが均一でない抵抗率を有する場合であっても、有利な効果が達成されることができる。
【００１２】
埋め込み可能な医用装置の１つの見地によれば、ワイヤは、第１の抵抗率を有する第１のセクション及び第２の抵抗率を有する第２のセクションを有し、前記第１及び第２の抵抗率は異なる。「セクション」という語は、ワイヤの長さに沿った部分を示すことが意図される。本願の全体を通じて、第１のセクションは、第２のセクションより遠位端に近い。
【００１３】
プローブの別の見地によれば、ワイヤの第１のセクションは、電極に隣接し、第１のセクションの抵抗率は、第２のセクションの抵抗率より高い。電極の近傍又は電極におけるワイヤの第１のセクションの抵抗率が高い場合、外部電界中の電極周辺の電流密度が、低減されることができる。従って、プローブが挿入される場合、人間組織における電流密度が低減される。
【００１４】
患者及びプローブがＭＲＩフィールド中にある場合、埋め込まれた医用装置を囲む組織において、電流は、一般にプローブの遠位端の近傍に集中する。これは、組織及びプローブの加熱を引き起こす。本発明は、さもなければ電流密度が最も大きい所で、電流がより多く拡散するように、ワイヤの抵抗率を増大することを提案する。一般に、これは更に、ＭＲＩ周波数の総誘導電流を低減するが、総電流が同じままである場合であっても、加熱は電流密度の二乗に比例するので、加熱は、埋め込まれたプローブ周辺の電流のより均一な分布により、低減する。
【００１５】
更に別の見地によれば、第１のセクションは、第１の抵抗率をもつ材料で作られ、第２のセクションは、第２の抵抗率をもつ材料で作られ、第１の抵抗率は、第２の抵抗率より高い。代替として又は同時に、ワイヤの第１のセクションは、第１の断面積を有し、ワイヤの第２のセクションは第２の断面積を有し、第１の断面積は、第２の断面積より小さい。後者の見地によれば、ワイヤの断面積は、プローブの長さに沿って均一でない。従って、抵抗率のバリエーションは、材料の抵抗率を変えることによって及び／又はワイヤの断面積又は厚さを変えることによって、達成されることができる。
【００１６】
他の見地によれば、ワイヤの第２のセクションは、ワイヤの第１のセクションより長い。従って、ワイヤの大部分は、低い抵抗率を有し、ワイヤの残りの部分は、より高い抵抗率を有する。例えば、ワイヤの第１のセクションは、ワイヤの２％乃至４０％、好適には５％乃至２０％、より好適には約１０％乃至１５％を構成しうる。ここで使用される「より長い」という語は、「ワイヤの長手方向においてより大きい」ことを示すことが意図される。ワイヤの長手方向は、概して、プローブの長手方向に対応する。
【００１７】
第１のセクションの抵抗率は、第２のセクションの抵抗率より２乃至１０倍高いものでありうる。これにより、均一な抵抗率を有するワイヤによって接続される電極を有するプローブと比較して、プローブ全体に沿った電流のより均一な分布が、達成されることができる。
【００１８】
更に別の見地によれば、ワイヤの第１のセクションは、ポリシリコン材料を含み、ワイヤの第２のセクションは、金属材料を含む。ポリシリコン材料は、高抵抗であり、ワイヤの第１のセクションにおいて、より低い電流密度を生じさせる。
【００１９】
プローブの別の見地によれば、ワイヤは、１又は複数の他のセクションを有し、各々の他のセクションは、ワイヤの他のセクションと異なる抵抗率を有する。従って、ワイヤは、複数の抵抗率を含みうる。代替として、ワイヤの抵抗率は、ワイヤの長さに沿って連続的に変化する。プローブが外部電磁界中にあるとき、互いに異なる抵抗率を有するワイヤの隣接するセクションは、相対的に高い電流密度のホットスポットを生成しうる。抵抗率の連続する変化をもつワイヤを提供することによって、このようなホットスポットが、軽減されることができる。
【００２０】
本発明のそれぞれ異なる見地は、他の見地の任意のものと各々組み合わせられることができる。本発明のこれら及び他の見地は、以下に記述される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】埋め込み可能な電気刺激装置用のプローブの断面図。
【図２ａ】外部電界中の棒の周辺の等電位線を示す図。
【図２ｂ】外部電界中の棒の周辺の等電位線を示す図。
【図３】人間の患者の頭蓋骨に埋め込まれるプローブを有する医用装置の概略図。
【図４】本発明による埋め込み可能な電気刺激装置用のプローブの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、添付の図面を参照して、単なる例示によって説明される。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による電気刺激プローブ１０の断面図である。プローブ１０は、遠位端２及び近位端３を有する。プローブ１０は、その遠位端２の近傍に位置する複数の電極１を有する。代替として、ただ１つの電極１も企図されうる。しかしながら、高解像度刺激を提供するために、２以上の電極が有利である。図１は更に、エレクトロニクスを収容し、プローブ１０の近位端３に接続されるチャンバ４を示す。更に、図１は、電極１の各々からプローブ１０の近位端３及びチャンバ４まで延びるワイヤ５を示す。
【００２４】
プローブは、例えば脊髄、神経根、筋肉又は脳組織のような処置されるべき患者の組織に埋め込まれ、このような関心領域の電気刺激を提供するように構成され、かかる刺激は、患者の状態を緩和することが期待される。電気刺激装置は、一般に、プローブ１０の電極１を介して組織を刺激する電気パルスのパターンの生成のためにチャンバ４を介してプローブ１０の近位端３に接続される電池（図示せず）及びパルス発生器（図示せず）を有する。
【００２５】
図２ａは、外部電界中で、金属棒のような導電性材料２０の棒の周囲の等電位線の図である。金属棒２０は、２つの端部２１を有する。外部電界の等電位線は、線２２によって示されている。図２は、電気的等電位線が外部電界中で導電性金属棒２０の輪郭をどのようにたどるかを示している。これは、図２に示されるワイヤの端部２１の近傍に高電界強度を生じさせ、図２では、等電位線が、金属棒の端部２１の近傍で互いに密になっている。金属棒２０が、例えば人間の脳である人間組織のような、弱導電性媒体に埋め込まれる場合、電流密度はオームの法則に従って電界に比例するので、等電位線の分布は、棒２０の端部２１の近傍に高電流密度をもたらす。
【００２６】
図２ｂは、外部電界中の棒の周囲の等電位線の図である。金属棒は、２つの端部２１'を有する。棒は、異なる導電率を有する３つの領域２０ａ、２０ｂ及び２０ｃに分割される。外部電界の等電位線が、線２２によって示され、図２ｂは、電気的等電位線２２が外部電界中で異なる抵抗率の３つの領域を有する棒の輪郭をどのようにたどるかを示している。
【００２７】
領域２０ａは、高い導電性及び低い抵抗率を有する。等電位線は、このような材料に入射することができず、その形状の周辺で曲げられる。従って、領域２０ａの左側の等電位線の密度は、相対的に高い。電界強度は等電位線の密度に比例するので、これは、領域２０ａの左側に高い電界強度を生じさせる。
【００２８】
領域２０ｂは、領域２０ａより高い抵抗を有し、領域２０ｃは、領域２０ａよりかなり高い抵抗を有し、２０ｂより高い抵抗を有する。これは、等電位線が領域２０ｃと交わることを可能にする。これらの等電位線は、領域２０ｃの右側周辺で曲げられないので、結果として得られる等電位線の密度は、領域２０ａの左側よりも、領域２０ｃの右側においてずっと低い。これは、低抵抗を有する棒の左側と比較して、高抵抗を有する領域２０ｃの右側においてより低い電界強度を生じさせる。
【００２９】
図３は、人間患者の頭蓋骨１００に埋め込まれるプローブ３０を有する医用装置の概略図である。プローブ３０は、遠位端３２及び近位端３３を有し、近位端３３が、医用装置のチャンバ３４に接続される。図４の例において、患者は、外部電界を受けており、その等電位線が図示されている。図３から、プローブ３０の遠位端３２の近傍の等電位線は、遠位端３２の近傍の相対的に高い電流密度に対応して、非常に密であることが明らかである。図３のプローブ３０は、本発明によるプローブでないことに注意されたい。このようなプローブは、等電位線の変更される構成を提供する。
【００３０】
図４は、本発明による電気刺激装置のプローブ１０の一実施形態を示す。プローブ１０は、遠位端２及び近位端３を有する。明確にするため、図２は、プローブ１０の１つの電極１のみを示し、電極１は、遠位端２の近傍に位置する。しかしながら、高解像度刺激を提供するために、２以上の電極１が、一般に有利である。第１のセクション５ａは、プローブの長さに沿って、電極から第２のセクション５ｂまで延在する。ワイヤの第２のセクション５ｂは、第１のセクション５ａとのインタフェース部分からプローブの近位端３まで延在し、ワイヤ５ｂは、チャンバ４内のエレクトロニクスに接続されうる。本発明によれば、第１のセクション５ａは、第１の抵抗率を有し、第２のセクション５ｂは、第２の抵抗率を有し、第１及び第２の抵抗率は異なる。
【００３１】
本発明の見地において、第１のセクション５ａの抵抗率は、第２のセクション５ｂの抵抗率より高く、従って、電極の近傍のワイヤの抵抗率は、ワイヤの残りの部分と比較して高い。
【００３２】
プローブの一実施形態において、第１のセクション５ａは、第１の抵抗率をもつ材料で作られ、第２のセクション５ｂは、第２の抵抗率をもつ材料で作られ、第１の抵抗率は第２の抵抗率より高い。これにより、ワイヤのそれぞれ異なる抵抗率が、ワイヤのそれぞれ異なるセクションについてそれぞれ異なる材料を選択することによって、達成される。代替として又は同時に、ワイヤの第１のセクション５ａは、第１の断面積を有し、ワイヤの第２のセクション５ｂは、第２の断面積を有し、第１の断面積は、第２の断面積より小さい。抵抗材料の抵抗率ρは、ρ＝Ｒ・ｌ／Ａとして規定されるので、第１及び第２のセクションのそれぞれ異なる断面積は、ワイヤの異なる抵抗率を与える。ここで、Ｒは、材料の固有抵抗率であり、Ａは、材料の一部の断面積であり、ｌは材料の一部の長さである。
【００３３】
図４から、ワイヤの第２のセクション５ｂは、ワイヤの第１のセクション５ａより長いことが分かる。図４において、第１のセクション５ａの長さは、ａによって示され、第２のセクション５ｂの長さは、ｂによって示される。一般に、ワイヤの第１のセクションは、ワイヤの長さの２％乃至４０％、好適には５％乃至２０％、より好適には１０％乃至１５％を構成する。従って、ａは、ワイヤの全長ａ＋ｂの２−４０％、好適には５−２０％、より好適には１０−１５％を構成しうる。
【００３４】
更に、第１のセクション５ａの抵抗率は、有利には、第２のセクション５ｂの抵抗率より２乃至１０倍高くなりうる。例えば、ワイヤの第１のセクション５ａは、ポリシリコン材料を含み、ワイヤの第２のセクション５ｂは、金属材料を含む。
【００３５】
図４に示されるワイヤは、２つのセクション５ａ、５ｂのみを有するが、ワイヤが２より多くの異なるセクションを有し、各セクションが、ワイヤの他のセクションと異なる抵抗率を有することが企図される。代替として、ワイヤの抵抗率は、ワイヤの長さに沿って連続的に変化しうる。
【００３６】
ただ１つの電極１が図４に示されているが、一般に、プローブ１０は、例えば６４電極のような複数の電極を有し、各電極は、ワイヤによってプローブ１０の近位端３及び医用装置のチャンバ４に接続されることが理解される。
【００３７】
要するに、本発明は、埋め込み可能な医用装置用のプローブ１０に関する。プローブは、遠位端２及び近位端３を有し、プローブ１０は更に、遠位端に電極１を有する。電極は、電極からプローブの近位端まで延びるワイヤ５に接続され、ワイヤの抵抗率は、ワイヤの長さに沿って均一でない。ワイヤは、プローブの遠位端において高い抵抗率を有し、ワイヤの他の部分において低い抵抗率を有することができる。高抵抗率のワイヤは、埋め込み装置の組織におけるピーク電流密度を低減し、従って、ＭＲＩ検査の間、組織の破壊的な加熱及び／又は望ましくない刺激を防ぐ。これは、ＭＲ安全性に大きく寄与し、これは、これらの埋め込み可能な電気刺激装置にとって非常に望ましい特徴である。
【００３８】
本発明は、特定の実施形態に関連して記述されているが、ここに示される特定の形式に制限されることを意図しない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。請求項において、「含む、有する」という語は、他の構成要素又はステップの存在を除外しない。加えて、個別の特徴が、それぞれ異なる請求項に含まれうるが、これらは、可能性として有利に組み合わせられることができ、それぞれ異なる請求項における包含は、特徴の組み合わせが実現可能でなく及び／又は有利でないことを示さない。更に、単数形が示すものは、複数性を除外しない。「a」、「an」、「第１」、「第２」等の言及は、複数性を妨げない。更に、請求項における参照符号は、その範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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